Tıp

Vücudun Ana Sirkadiyen Saatini Çalıştıran Hücreleri Saptamak

Çeviren: Enis Çetin                         Düzenleyen: Ümit Sözbilir

Özet: Yeni bir fare modeli; araştırmacılara, “Vücut içi zamanın belirlenmesinde, hücre tiplerinin rollerinin incelenmesi” konusunda yardımcı oluyor.

UT Southwestern bilim insanları, farelerdeki hücre tiplerinin sirkadiyen ritim[1] dalgalanmalarını görselleştirmelerine olanak tanıyan genetik olarak tasarlanmış bir fare ve görüntüleme sistemi geliştirdiler. Neuron dergisinde çevrim içi olarak açıklanan yöntem, vücudun ana sirkadiyen saatinin korunmasında hangi beyin hücrelerinin önemli olduğuna dair yeni bilgiler veriyor. Ancak bu yaklaşımın, vücuttaki hücrelerin günlük ritimleri hakkındaki soruları yanıtlamak için de geniş ölçüde faydalı olacağı düşünülüyor.

UT Southwestern Tıp Merkezinde nörobilim bölüm başkanlığı ve araştırma liderliği görevlerini yürüten ve aynı zamanda Peter O’Donnell Jr Beyin Enstitüsü üyesi olan, Joseph Takahashi “Bu, sirkadiyen ritim çalışmalarını ilerletmek için gerçekten önemli bir teknik kaynak.” diyor ve Howard Hughes Tıp Enstitüsünden (HHMI) bir araştırmacı “Bu fareleri birçok farklı uygulama için kullanabilirsiniz.” diyerek yeni teknolojinin potansiyeline dikkat çekiyor.

İnsanların ve farelerin neredeyse her hücresinde, kabaca 24 saatlik bir döngüde dalgalanan iç sirkadiyen saatleri vardır. Bu hücreler sadece açlık ve uyku döngülerini değil, bağışıklık ve metabolizma gibi biyolojik işlevleri de belirlemeye yardımcı olur. Sirkadiyen saatteki kusurlar kanser, diyabet ve alzheimer hastalığı gibi hastalıkların yanı sıra uyku bozuklukları ile de ilişkilendirilir. Bilim insanları, beynin üst kiyazmatik çekirdek (SCN) adı verilen küçük bir bölümünün; gözlerden gelen çevresel ışık ve karanlık döngüleri hakkındaki bilgileri, vücudun ana saatiyle birleştirdiğini uzun zamandır biliyor. SCN’nin bu yolla vücuttaki hücrelerin birbiriyle eş zamanlı olmasına yardımcı olduğu düşünülüyor.

Görüntü, farenin kafasında her iki gözünün arasında konumlandırılan; genetik olarak yeşil biyolüminesansa dönüştürülmedikçe kırmızı olarak bulunan yeni bir fare çizgisinin canlıdaki biyolüminesansını temsil ediyor. (Dijital Çalışma: Fernando Augusto, Kaynak: Neuron)

Takahashi, “SCN’yi çok özel bir saat türü yapan özelliği hem sağlam hem de esnek olmasıdır.” diyor. “Bu, zamanı kaçırmayan ancak aynı zamanda mevsimlere, değişen gün uzunluklarına veya saat dilimleri arasında dolaşmaya uyum sağlayabilen çok güçlü bir ritim belirleyici.” diye açıklıyor.

Hem SCN’de hem de vücudun geri kalanında sirkadiyen saati incelemek amacıyla Takahashi’nin araştırma grubu daha öncesinde, seviyeleri gün boyunca dalgalanan en önemli sirkadiyen proteinlerden biri olan PER2’nin biyolüminesans versiyonuna sahip bir fare geliştirdi. Araştırmacılar, biyolüminesans seviyelerinin artış ve azalışını izleyerek, hayvanların vücutlarındaki PER2’nin nasıl bir döngüye sahip olduğunu bu yolla gözlemleyebildiler. Ancak protein vücudun hemen her yerinde bulunuyordu. Bu da zaman zaman aynı dokuda birlikte bulunan farklı hücre türleri arasındaki sirkadiyen döngü farklarını ayırt etmeyi zorlaştırıyordu.

Takahashi bu konuda, “Bir beyin dilimini gözlemlerseniz, hemen hemen her hücrenin bir PER2 sinyalinin olduğunu görürsünüz. Bu nedenle herhangi bir PER2 sinyalinin nereden geldiğini gerçekten ayırt edemezsiniz.diyor.

Görüntü bir dizi üst kiyazmatik çekirdek dilimini göstermektedir. AVP nöronlarında klik böceği yeşilini ve AVP olmayan nöronlarda klik böceği kırmızısını ifade eder. Zaman ilerledikçe (Görüntü içe sarmallaştıkça), AVP (yeşil) ve AVP olmayan (kırmızı) nöronlar; AVP nöronlarının bozulmamış genetik saatleri ve nöronal sinyal alışverişi sayesinde ritmik olarak birlikte parlar. (Biyolüminesans görüntülerinin dijital olarak işlenmesi. John Abel ve Alta Lewis Millard’ın eseri. Kaynak: Neuron)

Yeni yapılan çalışmada bilim insanları, hücre içinde belirli bir geni ifade eden ve hücrelerde renk değiştiren -yeşilden kırmızıya- Cre adlı yeni bir biyolüminesans sistemine geçerek bu sorunun üstesinden geldiler. Daha sonra araştırmacılar, fare hücrelerinde doğal olarak bulunmayan Cre’nin tek seferde yalnızca bir hücre tipinde mevcut bulunması için fareler tasarlayabildiler.

Yaklaşımın faydasını test etmek için Takahashi ve meslektaşları, beynin SCN’sini oluşturan iki tip hücre üzerinde çalıştı:

  • Arjinin Vazopressin Polipeptidi Hücreleri (AVP)
  • Vazoaktif Bağırsak Polipeptidi Hücreleri (VIP)

Geçmişte bilim insanları VIP nöronları için: SCN’nin geri kalanını eş zamanlı tutmanın anahtarı olduğunu öne sürmüşlerdi.

Araştırma ekibi VIP nöronlara baktığında -Cre’nin sadece bu hücrelerde ifade edilmesiyle VIP nöronlar yeşil ışık saçarken diğer kısımlar kırmızı renkte kalır- nöronlardan sirkadiyen genlerin çıkarılmasının, VIP nöronlarının veya SCN’nin geri kalanının sirkadiyen ritimleri üzerinde çok düşük miktarda bir genel etkiye sahip olduğunu gözlemlediler. Bir UTSW (Texas Southwestern Üniversitesi) araştırma bilimcisi ve çalışmanın baş yazarı olan Yongli Shan, “VIP nöronların artık çalışan bir saati olmadığında bile SCN’nin geri kalanı, çalışmasına aynı şekilde devam etti.” diye açıklıyor ve ekliyor “Yakındaki hücreler, SCN’nin geri kalanıyla eş zamanlı olmalarını sağlamak için VIP nöronlara sinyal gönderebildiler.”

Aynı deneyi AVP nöronları üzerinde tekrarladıklarında -anahtar saat genlerini kaldırdıklarında- sadece AVP nöronlarının kendileri bozulmuş ritimler göstermekle kalmıyor, aynı zamanda tüm SCN normal 24 saatlik ritmine göre eşzamanlı olarak döngüyü durduruyor.

Shan, “Bunun bize gösterdiği şey, AVP nöronlarındaki saatin tüm SCN ağının eş zamanlılığı için gerçekten gerekli olduğuydu.” diyor. “Bu beklenenin aksine şaşırtıcı bir sonuç ve AVP nöronları üzerinde ileriye dönük daha fazla çalışmaya yol açacağını umuyoruz.” diyerek bu duruma dikkatleri çekiyor.

Takahashi, sirkadiyen ritimler üzerinde çalışan diğer araştırmacıların, diğer hücrelerin günlük döngülerini incelemek amacıyla laboratuvarından fare hattını talep ettiklerini söylüyor. “Fareler, bilim insanlarının; tek bir organın hücre türleri arasındaki sirkadiyen ritim farklılıklarını veya tümör hücrelerinin sağlıklı hücrelerden farklı şekilde nasıl döngü yaptığını bilmelerine izin verebilir.” diye de ekliyor.

“Bu teknoloji, her türlü karmaşık veya hastalıklı dokuda; hangi hücrelerin ritimlere sahip olduğunu ve diğer hücre türlerinin ritimleriyle nasıl benzer veya farklı olabileceğini görmenizi sağlayabilir.”

Takahashi, sinir bilimde Loyd B. Sands Seçkin Başkanı’dır. Bu çalışmaya katkıda bulunan diğer UTSW (Texas Southwestern Üniversitesi) araştırmacıları: Şu anda Houston’daki UT Health Science Center’da bulunan Yan Li, Mariko Izumo, Kimberly Cox, Byeongha Jeong ve Seung-Hee Yoo. Ortak çalışanlar, Harvard Tıp Fakültesinden John Abel ve Francis Doyle ile Michigan Üniversitesinden David Olson.


[1] Sirkadiyen ritim: Günlük dizem (Kaynak: http://tip.kocaeli.edu.tr/docs/ttdk_2007.pdf)

Haber Metni
https://www.utsouthwestern.edu/newsroom/articles/year-2020/pinpointing-the-cells-that-keep-the-bodys-master-circadian-clock-ticking.html

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu